Kontrolle physiologischer mRNAs durch einen Ddx5/p68-vermittelten "Nonsense-mediated mRNA Decay" (NMD) - Prozess

Abstract

Der ”Nonsense-mediated mRNA Decay“ (NMD) ist ein Mechanismus zur translationsabhängigen mRNA-Überwachung in Eukaryonten: er degradiert mRNAs mit vorzeitigen Terminationskodons (premature termination codon; PTC) sowie eine Reihe normaler, physiologisch-wichtiger mRNAs. In Säugern wird der Abbau PTC-haltiger mRNAs durch den Exon-Junction-Komplex (EJC) ausgelöst, indem dessen Komponente Up-frameshift 3 (Upf3) eine Upf2-vermittelte Bindung mit dem Ribosomen-gebundenen Upf1, einem Schlüsselprotein des NMD, eingeht. Die Formierung dieses Komplexes induziert eine Translationsrepression und die Rekrutierung von RNA-abbauenden Enzymen. Wie normale mRNAs, bei denen alle EJCs in der ersten Translationsrunde entfernt werden, als Substrate der NMD-Maschinerie erkannt werden, ist unklar. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das DEAD-box-Protein Ddx5/p68, wie auch dessen Paralog Ddx17/p72, über eine physikalische Interaktion mit Upf3 mit dem Upf-Komplex wechselwirken. Hierdurch wird der NMD-Prozess aktiviert, wenn die 3’UTR der zu regulierenden mRNA gleichzeitig von Ddx5 erkannt wird. Dies konnte für die Ddx5- sowie die Ddx17- und Smg5-mRNA nachgewiesen werden. Zum Auslösen des NMD ist die ATP-Binde- aber nicht die RNA-Helikaseaktivität von Ddx5 erforderlich. Aufgrund der Ergebnisse wird ein Modell für den Abbau physiologischer mRNAs durch die NMD-Maschinerie vorgeschlagen, bei dem anstelle des EJC andere RNA-bindende Proteine wie Ddx5 die Substraterkennung erlauben.

Nonsense–mediated mRNA Decay (NMD) is a mechanism of translation-dependent mRNA surveillance in eukaryotes: it degrades mRNAs with premature termination codons (PTCs) as well as a number of normal, physiological important mRNAs. In mammals, the degradation of PTC-containing mRNAs is triggered by the exon-junction-complex (EJC) through binding of its constituent Up-frameshift 3 (Upf3), mediated by Upf2, to the ribosome-bound Upf1, a key protein in NMD. The complex formed eventually induces translational repression and recruitment of RNA decay enzymes. Mechanisms by which physiological mRNAs are targeted by the NMD machinery in the absence of an EJC have been described but still are discussed controversially. This work shows that the DEAD box protein Ddx5/p68 and its paralog Ddx17/p72 also bind the Upf complex by physical interaction with Upf3. By activating the NMD machinery, Ddx5 is shown to regulate the expression of its own, Ddx17 - and Smg5 -mRNAs. For NMD triggering, the ATP binding activity of Ddx5 and the 3’untranslated region of substrate mRNAs are essential. The expression control results from the preferred binding of Ddx5 to the 3’UTR of certain mRNAs. These results propose a model for the control of physiological mRNAs by the NMD machinery in which Ddx5 or other RNA binding proteins take over the role of the EJC for mRNA substrate recognition.